Nostra Sorella Acqua. Energie alternative: l’idrogeno

di Daniela Asaro Romanoff

 

 

L’idrogeno allo stato puro è rarissimo sulla Terra, ma è l’elemento più abbondante dell’Universo. A causa della volatilità è molto difficile trovarlo sul nostro pianeta. Pertanto l’idrogeno viene estratto dai composti che lo contengono. Al fine di estrarlo è necessaria una fonte di energia esterna, per cui l’idrogeno non può essere definito risorsa primaria di energia. L’idrogeno si ricava dall’acqua, dai combustibili fossili, da sostanze minerali e dagli organismi vegetali. Lo rintracciamo anche nelle emanazioni vulcaniche, nelle fumarole e qualche volta, anche nelle sorgenti petrolifere.

L’idrogeno desta tanto interesse perché l’inquinamento prodotto, quando è utlizzato come combustibile, è nullo. Produce soltanto vapore acqueo e tracce di ossidi di azoto. Se utilizzato in sistemi elettrochimici (celle a combustibile) lo scarto è vapore acqueo. Nel corso del tempo si è cercato di ottimizzare da un punto di vista economico ed energetico la produzione dell’idrogeno, tenendo presente soprattutto l’impatto ambientale.

L’estrazione da combustibili fossili ha un grosso inconveniente: l’emissione di grandi quantità di CO2, gas che provoca l’effetto serra, Comunque, oggigiorno, l’estrazione dell’idrogeno dal carbone e l’idrogeno, in qualità di sottoprodotto nell’industria chimica, sembrano essere le uniche strade percorribili per raggiungere una produttività che sia economicamente accettabile.

Attualmente sono in atto delle importanti ricerche per giungere a ricavare direttamente l’idrogeno dall’acqua. Finché queste ricerche non daranno risultati concreti, l’unico processo industriale consolidato rimane l’elettrolisi. E’ un processo di produzione e consumo ambientalmente sostenibile, solo nel caso in cui l’energia elettrica, che alimenta il processo di elettrolisi, è pulita, ovvero non di origine fossile. Con l’elettrolisi si può ottenere idrogeno puro, ma i costi sono altissimi.

 

Quando sarà possibile utilizzare per il processo di elettrolisi energia prodotta da fonti rinnovabili (energia nucleare, ad esempio) i costi di produzione potranno essere più bassi. Per l’utilizzo commerciale dell’idrogeno bisogna tener presenti il trasporto, lo stoccaggio, l’utilizzo finale. L’idrogeno è estremamente volatile, infiammabile, eplosivo, ovviare a questi inconvenienti non è facile, ma sicuramente non è tecnologicamente impossibile. Sono allo studio varie energie alternative, ma sicuramente l’idrogeno avrà una parte importante tra le fonti energetiche del futuro.

 

 

Watersplitting

Attraverso i processi termochimici di water-splitting, si riesce a scindere la molecola H2O, e si ottiene idrogeno a temperature relativamente basse, confrontandole con la termolisi dell’acqua. Un ciclo di water-splitting è costituito da una serie di reazioni chimiche, anche ad altissima temperatura, in media 1.000 gradi Celsius. Le reazioni vanno scelte in modo da formare un ciclo chiuso, all’interno del quale le molecole dell’acqua vengono divise in H2O2, le altre sostanze vanno rigenerate e riciclate. Tale produzione di idrogeno, utilizzando come fonte primaria l’energia solare, ha una grande rilevanza per due fondamentali motivi: risorse energetiche disponibili compatibili con l’ambiente, potenziale riduzione dei costi di produzione. Si sta lavorando per aumentare l’efficienza della conversione da energia solare a idrogeno. Si vorrebbe ottenere un ciclo chimico da realizzare in impianti abbastanza semplici e affidabili. Le sostanze chimiche utilizzate dovrebbero essere sempre di più a basso impatto ambientale e disponibili a bassi costi.

 

 

BREVE STORIA DELL’ESTRAZIONE DELL’IDROGENO

 

Dal 1766 fino ad una presa di coscienza autentica relativa alla sua utilizzazione come energia alternativa alla fine degli anni Settanta.

 

1766

 

L’idrogeno fu per la prima volta identificato come un elemento diverso dagli altri dallo scienziato inglese Cavendish.

Cavendish ottenne l’idrogeno tramite una reazione chimica, i cui componenti erano lo zinco e l’acido idrocloridrico. Tale esperimento lo condusse a scoprire che l’acqua (H2O) è composta di idrogeno e ossigeno.

 

 

1788

 

Il chimico francese Antoine Lavoiser, tenendo presente la scoperta di Cavendish, diede un nome al nuovo elemento. Il termine trae le sue origini dai vocaboli greci: ‘hydro’ e ‘genes’, che significano rispettivamente ‘acqua’ e ‘nato da’.

 

 

1800

 

Gli scienziati inglesi William Nicholson e Anthony Carlisle scoprirono che, applicando corrente elettrica all’acqua, venivano prodotti ossigeno e idrogeno in forma di gas. Questo procedimento fu poi denominato ELETTROLISI.

 

 

1839

 

Il chimico Christian Friedrich Schoenbein scoprì l’effetto ‘cella elettrolitica’: combinare idrogeno e ossigeno, sotto forma di gas per produrre una corrente elettrica.

 

1845

 

Lo scienziato inglese William Grove dimostrò che la scoperta di Schoenbein non era astratta: creò una batteria a gas. Si guadagnò la denominazione di padre della ‘cella elettrolitica’.

 

 

1920

 

L’ingegnere tedesco Rudolf Erren convertì la combustione interna dei motori delle corriere e dei sottomarini, per utlizzare l’idrogeno o miscele di idrogeno come energia per tali motori.

Lo scienziato inglese Haldane introdusse il concetto di energia rinnovabile basata sull’idrogeno.

 

1937

 

Dopo una felice transvolata oceanica della Germania agli Stati Uniti, il dirigibile Hindenburg, gonfiato con gas di idrogeno, s’incendiò mentre stava atterrando a Lakewood, N.Y.. Comunque non fu l’idrogeno il solo responsabile del disastro, ma anche e soprattutto il materiale utilizzato per la costruzione.

 

 

1977

 

Negli Stati Uniti venne creata l’International Energy Agency (IEA), una risposta ai problemi globali del mercato del petrolio. L’attività dell’ente include la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie relative all’energia fornita dall’idrogeno. Fu creato anche il Dipartimento per l’energia degli Stati Uniti (DOE). La missione del Dipartimento è garantire la sicurezza e la prosperità del Paese, producendo un’energia ecosostenibile, affrontando tutte le sfide attraverso lo sviluppo di adeguate soluzioni tecnologiche.